2023年3月,中国航发航材院的项目负责人张勇在媒体上宣布,涡扇-15已经开始量产,这标志着中国歼-20战机终于装备了最新型航空发动机,弥补了最后一个短板。
(WS-15)
在歼-20安装涡扇-15引擎后,美国媒体对此表现出浓厚的兴趣,并进行了多方报道。
美国军事网站「战区」的撰稿人安德烈亚斯·鲁普雷希特曾指出,歼-20的总推力已经超过F-22战机,使其成为全球推力最大的战机,这一变化将为歼-20带来三方面的影响。
中美的战斗机及其发动机
美国F-22战斗机装备了两台F119发动机,每台的推力为35000磅(156千牛)。相比之下,中国的涡扇-15每台的推力能够达到36000磅(160千牛),明显高于F119发动机。
美国还有一种F-135发动机,这款动力装置被应用于F-35系列战斗机,其单个发动机的推力达到了惊人的43000磅(191千牛)。
(F-135发动机)
然而,F-35战机的主要问题在于它只有一台发动机,而F-22和歼-20则配备了双发设计。
因此谈到总推力时,装备了涡扇-15发动机的歼-20显然已成为全球推力最大的战斗机。
需要强调的是,F-35战机存在许多问题。尽管其动力系统相当出色,但根据美国五角大楼测试办公室2021年的报告,这款战机仍有871项缺陷,因此并不能算是一款合格的战斗机。
(F-35 fighter jet)
主要存在两个较为严重的问题,其中之一是战斗机的机体强度不够。
为了让F-35更具价格竞争力,以吸引「盟友」购买,美国在这款战机的机身结构上到处采取了成本削减措施,这造成了F-35在机体强度上存在显著缺陷。
在2020年,这款战机被曝出无法进行高速度飞行。若F-35战机的超音速飞行时间超过1分钟,便会因机身震动导致隐形涂层与尾部天线受损。
此外,由于机体强度不足,F-35无法快速提升飞行高度,这样可能会损害机翼和尾翼,甚至导致战机解体。
其次,F-135的涵道较低。
涵道比影响着战斗机的动力表现。较大的涵道比虽然能提高燃油效率,但可能会削弱爆发力,从而使战机在空中格斗时的灵活性受到限制。
相对而言,涵道比越低,发动机的爆发力会更强,从而使战斗机在空中优势上更具竞争力。
因此,空优战斗机的发动机通常要求更低的涵道比,以便在空中交战时获得更大的优势。
与之相比,美国F-22战机所搭载的F119引擎涵道比约为0.3,而F-35战机使用的F135引擎,涵道比大约为0.57,显著高于F-22所用的动力系统。
(搭载F119发动机的F-22战斗机)
出现这种现象的原因在于,F-135发动机是在F-119发动机的基础上研发而成,并且其涵道比有所增加。
美国认为F-35战机对高速飞行并无必要,因此要求这款发动机具备更大的单台推力,并且更加节能,导致了F-135航空发动机采用了较大的涵道比。
总体而言,F-135发动机的推力确实很强大,但其并不是由于美国在航空技术上明显领先于中国相关领域的结果。这款发动机是在追求更高推力的过程中牺牲了其他性能。
另外,F-35战机自身存在的问题,使其难以充分利用F-135发动机的高推力优势。
歼-20的三项变化
当中国的歼-20装备涡扇-15引擎后,将会在三个方面发生变化。
首先,歼-20具备超音速巡航能力,它可以在不使用加力推进的情况下,以1到1.6马赫的速度进行巡航飞行。
这一变化将使歼-20能更迅速地到达战场,快速与敌方交涉。
(歼-20战斗机)
其次,歼-20的发动机在使用成本方面得到了降低。
尽管涡扇-15采用了更先进的技术与更新的工艺,但理论上其生产成本会高于歼-20之前使用的涡扇-10系列发动机。
涡扇-15在使用寿命、维护周期和故障率等方面也具备显著优势,因此其整体使用成本在整个生命周期内会更为低廉。
第三点是歼-20的续航能力得到了提升。
涡扇-15在推力方面比涡扇-10系列有所增强,同时整体油耗也会减少。
换句话说,进行100公里的跑动时,涡扇-15所需的燃油更少。
在保持内油量不变的情况下,装备涡扇-15发动机的歼-20可以飞得更远,这大幅提升了其续航能力和作战半径。
歼-20的内置油量结合外挂油箱,作战半径可达到2000至3000公里,这个距离能够到达关岛附近。
换装涡扇-15发动机的歼-20,将能够在整个第二岛链内展开作战。
可以说,涡扇-15的单台推力虽然低于美国的F-135航发,但由于战斗机本身的差异,以及F-135航发在设计上的一些权衡,涡扇-15在实战中的可靠性要高于F-135。
中国航空发动机技术的进展
目前,中美在军用航空发动机方面的技术差距实际上已经缩小了许多。
这一情况在中美的下一代航空发动机研发中得以体现。
目前,外界普遍认为六代机将采用变循环发动机。因此,变循环发动机的研发进程也反映出中美在航空发动机领域的技术水平。
对于这种新型发动机,中美两国已经开始了竞争,各自都有相应的研发项目。
(循环发动机概念示意图)
这样的情景在20世纪是难以想象的。毕竟在90年代,中国还依赖于涡喷发动机,而美国早在1979年就已投入使用F-16A战斗机,且在涡扇发动机技术方面已经达到世界领先水平。
可以认为,上世纪90年代,美国在军用航空发动机技术上至少领先中国两个世代。
直到1975年,中国仍在努力从英国引进斯贝涡扇发动机,期望借鉴其技术以自主研发涡扇发动机。
随着涡扇-10系列航发在中国的问世,中国航空发动机的技术水平才开始与美国20世纪80至90年代相媲美。
随着涡扇-15的问世,中国航空发动机的技术水平终于与美国持平。
如今,中国在最尖端的航发技术领域已能与美国展开竞争,这充分体现了中国在过去几十年间迅速发展的能力。